Рис. 30. Волновой пакет
Если мы хотим точнее определить положение частицы, т. е. ограничить ее существование меньшим пространством, нам нужно сжать «пакет» до области ее существования.
Рис. 31. Сжатие волнового пакета
При этом, правда, изменится длина волны этого пакета, а следовательно, и скорость частицы. В результате она продолжит двигаться, и чем меньше станет пространство, тем выше будет скорость ее перемещений.
Тенденция частиц реагировать на сжатие увеличением скорости говорит о природной «неуспокоенности» материи, характерной для субатомного мира. Здесь большинство частиц связано с молекулярными, атомными и ядерными структурами, поэтому они находятся в состоянии не покоя, а хаотичного движения — они подвижны по своей природе. Квантовая теория показывает, что вещество постоянно движется. В макроскопическом мире тела, окружающие нас, кажутся пассивными и неподвижными. Но стоит взять в руки увеличительное стекло, и «мертвый» камень или металл сразу обнаруживают неопровержимые доказательства своей динамической сущности. Чем больше увеличение, тем более динамична наблюдаемая картина. Все материальные объекты состоят из атомов, объединенных внутримолекулярными связями различного типа и образующих бесчисленные молекулярные структуры. Они не статичны: они находятся в беспрестанном хаотическом колебательном движении, характер которого зависит от окружающей температуры и ее колебаний. Электроны в атомах удерживаются поблизости от ядра электрическими силами, и они реагируют на ограниченность пространства тем, что увеличивают свою скорость. Протоны и нейтроны втягиваются ядерными силами в еще более тесное пространство, поэтому движутся с еще более высокими, невообразимыми скоростями.
Поэтому современные физики представляют материю не как пассивную и инертную, а как пребывающую в непрестанном танце и вибрации, ритм которых определяется молекулярными, атомарными и ядерными структурами. Так же видят материальный мир и восточные мистики. Все они подчеркивают, что Вселенную надо рассматривать как динамическое целое, так как она движется, вибрирует и танцует; что природа пребывает не в статическом, а в динамическом равновесии. В одном из даосских текстов говорится следующее.
Покой в покое не есть истинный покой. Только тогда, когда покой в движении, может проявиться духовный ритм, который наполняет собой Небеса и Землю[185].
В физике динамическая природа мироздания становится очевидной для нас не только при погружении в мир бесконечно малого, т. е. атомов и ядер, но и при изучении гигантских сущностей, например звезд и галактик. Мощные телескопы позволяют ученым видеть беспрестанное движение во Вселенной. Вращающиеся облака газообразного водорода сжимаются до размера звезд. При этом их внутренняя температура во много раз возрастает, пока они не превращаются в пылающие факелы на небосклоне. Достигнув этой стадии, облака водорода продолжают вращаться, время от времени выбрасывая в пространство сгустки вещества, которые, конденсируясь, превращаются в планеты, движущиеся по орбитам вокруг звезд. Через миллионы лет, когда водородное топливо подходит к концу, звезда начинает увеличиваться в размерах, а затем снова сжимается, завершая свое существование гравитационным коллапсом. В результате могут произойти грандиозные взрывы, а звезда — стать черной дырой. Все эти процессы — от образования звезды из межзвездных газовых облаков до их сжатия и коллапса — происходят в различных уголках Вселенной и сейчас.
Совокупности вращающихся, расширяющихся, сжимающихся и взрывающихся звезд образуют галактики разной формы: плоские диски, сферы, спирали и т. д., — которые тоже не неподвижны, а непрерывно вращаются. Наша галактика, Млечный Путь, — огромный диск, состоящий из звезд и газообразных скоплений веществ, вращающихся в пространстве подобно гигантскому колесу. При этом все входящие в галактику звезды, включая Солнце и его планеты, также движутся вокруг центра этой галактики. Фактически Вселенная состоит из колоссального множества галактик, рассеянных в бескрайнем пространстве. И все они вращаются, как и наша.
Изучая Вселенную как единое космическое целое с миллионами галактик, мы сталкиваемся с высшими масштабами пространственно-временного континуума и с удивлением обнаруживаем, что и здесь Вселенная не статична — она расширяется! Это явление было одним из важнейших открытий современной астрономии. Тщательный анализ световых волн, достигших нашей планеты из отдаленных галактик, позволил ученым обнаружить, что россыпь галактик постоянно расширяется по строгим законам. Скорость удаления любой из них от наблюдателя прямо пропорциональна разделяющему их расстоянию: при его двукратном увеличении скорость тоже возрастает вдвое. Это утверждение верно не только для нашей галактики, но и для остальных. В какой бы галактике мы ни оказались, остальные — соседние — будут удаляться от нас: ближние — со скоростью несколько тысяч километров в секунду, а дальние — почти со световой. Свет, исходящий от еще более удаленных галактик, не может дойти до нас, потому что они удаляются от Земли быстрее скорости света[186]. Говоря словами английского астрофизика сэра Артура Эддингтона, их свет «похож на бегуна, движущегося по дорожке стадиона, которая постоянно удлиняется, так что финишная черта удаляется от него быстрее, чем он может бежать».
Чтобы лучше понимать, как именно расширяется Вселенная, нужно не забывать, что явления макромира следует рассматривать в контексте общей теории относительности Эйнштейна. Согласно ей, пространство не «плоское», а «искривленное», причем характер искривления зависит от распределения вещества во Вселенной. Эту зависимость описывает выведенное Эйнштейном уравнение поля. Оно положено в основу современной космологии и характеризует общую структуру Вселенной.
Говоря о расширяющейся Вселенной в контексте общей теории относительности, мы имеем в виду более высокое измерение. Здесь тоже уместно обратиться к плоскостной аналогии. Представим воздушный шарик, поверхность которого усеяна множеством точек (рис. 32). Он изображает Вселенную, его двумерная искривленная поверхность — двумерную плоскость, а точки на ней — галактики Вселенной. Когда мы надуваем шарик, расстояния между точками увеличиваются. Если мы находимся на одной из них, все остальные будут удаляться от нас. Так же происходит расширение Вселенной: в какой бы галактике ни оказался наблюдатель, остальные галактики будут удаляться от него.
Рис. 32. Плоскостная аналогия расширяющейся Вселенной
Возникает естественный вопрос: как началось это расширение? Приняв в расчет зависимость между удаленностью галактики и текущей скоростью ее удаления от нас (она известна под названием закона Хаббла[187]), можно вычислить, в какой момент началось расширение Вселенной, т. е. определить ее возраст.
Если мы предположим, что скорость расширения не менялась (а это отнюдь не очевидно), то получим оценку в 10 млрд лет. Это и есть возраст Вселенной[188]. Большинство современных ученых-космологов считают, что Вселенная возникла в результате катастрофического события — взрыва первичного сгустка вещества, происшедшего более 10 млрд лет назад. Зафиксированное в наши дни расширение Вселенной — «отголосок» этого давнего события. Согласно теории Большого взрыва, в момент, когда он произошел, возникла Вселенная и появились пространство и время. Если мы попытаемся представить себе, что предшествовало этому, мы снова попадем в тупик из-за особенностей нашего мышления и языка. Вот как об этом говорил известный английский астроном сэр Бернард Ловелл.
